一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、LED与流程

本发明属于发光二极管的，具体地涉及一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、led。

背景技术：

1、发光二极管(led)作为新一代的照明光源，由于其长寿命、节能度高、绿色环保等显著特征，被广泛应用于照明领域。

2、iii 族氮化物 led 采用ingan/gan多量子阱作为有源区，理论上可以覆盖从近紫外到近红外的宽光谱区，使其在固态照明中非常具有吸引力。一般来讲，生长长波长led的量子阱的温度大约在700-800℃，利用相对较低的温度下进行，来提高量子阱层中的铟含量。然而，降低温度所带来的不良影响，亦会导致之后的algan层的晶体质量的显著降低。另外由于ingan与algan的晶格失配，导致量子阱层的量子限制斯塔克效应会显著降低氮化物基led的发光强度。

3、因此，在ingan阱层上沉积algan层，首先因晶格失配导致极化电场引起的内部电场，而压电场在量子阱中的量子限制斯塔克效应会显著降低氮化物基led的发光强度，其次algan层的势垒高度不够，电子溢流增加，led的发光效率下降。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、led，用于解决现有技术中的技术问题。

2、第一方面，本发明实施例提供以下技术方案，一种高光效发光二极管外延片，包括衬底以及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；

3、所述有源层包括m个周期性交替排布的势阱层以及复合势垒层，所述复合势垒层包括沿着外延方向依次层叠的第一势垒子层、第二势垒子层与第三势垒子层，所述第一势垒子层包括沿着外延方向依次层叠的gan层与ga2o3层，所述第二势垒子层为n型algaon层，所述第三势垒子层为bingan层，所述第二势垒子层中si元素的掺杂浓度范围为1e17atoms/cm3~1e18 atoms/cm3。

4、相比现有技术，本申请的有益效果为：首先，通过设置第一势垒子层可以减少势阱层、第三势垒子层与第二势垒子层之间的晶格失配，以提高复合势垒层的晶体质量，减少电子与空穴发生非辐射复合，其次，本发明中的第二势垒子层的势垒高度高于现有技术中algan层的势垒高度，可以减少电子溢流，提高电子与空穴的辐射复合效率，降低发光二极管的droop效率，同时在第二势垒子层中掺杂的si可以屏蔽由极化电场引起的内部电场，降低量子限制斯塔克效应，提高电子和空穴的空间重叠度，因此本发明提高复合势垒层的势垒高度，减少电子溢流，降低有源层极化效应，提高有源层的发光效率。

5、较佳的，所述复合势垒层的厚度范围为5nm ~50nm，所述第一势垒子层、所述第二势垒子层与所述第三势垒子层的厚度比范围为1:1:1~1:20:1，所述gan层与所述ga2o3层的厚度比范围为1:1~1:10。

6、较佳的，所述势阱层为ingan层，所述势阱层的厚度范围为1nm ~10nm，所述势阱层中in组分范围为0.01~0.5。

7、较佳的，所述第二势垒子层中al组分范围为0.01~0.5、o组分范围为0.01~0.2，所述第三势垒子层中b组分范围为0.01~0.2、in组分范围为0.01~0.1。

8、较佳的，所述势阱层与所述复合势垒层交替排布的周期m取值范围为：1≤m≤20。

9、较佳的，所述第一半导体层包括依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层，所述第二半导体层包括依次沉积于所述有源层上的电子阻挡层、p型gan层。

10、第二方面，本发明实施例还提供以下技术方案，一种高光效发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：

11、提供一衬底；

12、在所述衬底上沉积第一半导体层；

13、在所述第一半导体层上交替沉积m个周期的势阱层以及复合势垒层，以形成有源层，所述复合势垒层包括沿着外延方向依次层叠的第一势垒子层、第二势垒子层与第三势垒子层，所述第一势垒子层包括沿着外延方向依次层叠的gan层与ga2o3层，所述第二势垒子层为n型algaon层，所述第三势垒子层为bingan层，所述第二势垒子层中si元素的掺杂浓度范围为1e17atoms/cm3~1e18 atoms/cm3；

14、在最后一个周期的所述复合势垒层上沉积第二半导体层。

15、较佳的，所述复合势垒层的生长温度范围为800℃~1000℃，生长气氛n2/h2/nh3比例范围为1:1:1~1:10:20，生长压力范围为50torr~300torr，所述势阱层的生长温度范围为700℃~900℃，生长压力范围为50torr~300torr。

16、较佳的，所述在所述衬底上沉积第一半导体层的步骤中，在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层，以形成第一半导体层；

17、所述在最后一个周期的所述复合势垒层上沉积第二半导体层的步骤中，在最后一个周期的所述复合势垒层上依次沉积电子阻挡层、p型gan层，以形成第二半导体层。

18、第三方面，本发明实施例还提供以下技术方案，一种led，包括上述的高光效发光二极管外延片。

技术特征：

1.一种高光效发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底以及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；

2. 根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述复合势垒层的厚度范围为5nm ~50nm，所述第一势垒子层、所述第二势垒子层与所述第三势垒子层的厚度比范围为1:1:1~1:20:1，所述gan层与所述ga2o3层的厚度比范围为1:1~1:10。

3.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述势阱层为ingan层，所述势阱层的厚度范围为1nm~10nm，所述势阱层中in组分范围为0.01~0.5。

4.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述第二势垒子层中al组分范围为0.01~0.5、o组分范围为0.01~0.2，所述第三势垒子层中b组分范围为0.01~0.2、in组分范围为0.01~0.1。

5.根据权利要求1所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述势阱层与所述复合势垒层交替排布的周期m取值范围为：1≤m≤20。

6.根据权利要求1-5任一所述的高光效发光二极管外延片，其特征在于，所述第一半导体层包括依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层，所述第二半导体层包括依次沉积于所述有源层上的电子阻挡层、p型gan层。

7.一种高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述复合势垒层的生长温度范围为800℃~1000℃，生长气氛n2/h2/nh3比例范围为1:1:1~1:10:20，生长压力范围为50torr~300torr，所述势阱层的生长温度范围为700℃~900℃，生长压力范围为50torr~300torr。

9.根据权利要求7-8任一所述的高光效发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底上沉积第一半导体层的步骤中，在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层，以形成第一半导体层；

10.一种led，其特征在于，包括如权利要求1~6任一所述的高光效发光二极管外延片。

技术总结
本发明提供了一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、LED，该外延片包括衬底以及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、有源层以及第二半导体层；所述有源层包括M个周期性交替排布的势阱层以及复合势垒层，所述复合势垒层包括沿着外延方向依次层叠的第一势垒子层、第二势垒子层与第三势垒子层，所述第一势垒子层包括沿着外延方向依次层叠的GaN层与Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层，所述第二势垒子层为N型AlGaON层，所述第三势垒子层为BInGaN层，本发明提高复合势垒层的势垒高度，减少电子溢流，降低有源层极化效应，提高有源层的发光效率。

技术研发人员：程龙,郑文杰,高虹,刘春杨,胡加辉,金从龙
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13